Учёные раскрыли истинную причину, по которой пена начинает течь

Исследователи из Столичного университета Токио разрешили давнюю научную загадку, выяснив, почему жидкость начинает стекать из пены. Оказалось, что ключевую роль играет не просто течение жидкости через статичную структуру, а давление, необходимое для перемещения и перестройки самих пузырьков.

Традиционные физические модели, основанные на «осмотическом давлении», предсказывали, что пена должна быть высотой около метра, прежде чем начнётся дренаж. Однако на практике даже пена высотой в несколько десятков сантиметров легко протекает.

Команда под руководством профессора Рэя Курьиты изучила простые пенные системы. Эксперименты показали универсальную закономерность: высота, на которой начинается дренаж, обратно пропорциональна содержанию жидкости в пене, независимо от типа поверхностно-активного вещества или размера пузырьков.

Наблюдения с помощью видеозаписи выявили, что в момент начала дренажа жидкость заставляет пузырьки сдвигаться и перестраиваться. Контролирующим фактором оказалось «предельное напряжение сдвига» — давление, необходимое для перемещения и реорганизации пузырьков. Новая модель, основанная на этой идее, точно предсказывает высоту пены, при которой начинается протекание.

Это открытие меняет взгляд на пену: её следует рассматривать не как фиксированную структуру, а как динамическую систему. Новое понимание может помочь в разработке улучшенных пен для чистящих средств, фармацевтики и других продуктов.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Colloid and Interface Science.